凸轮轴扭矩调节器及发动机及工程设备的制作方法

1.本实用新型涉及动力设备的技术领域，尤其涉及一种凸轮轴扭矩调节器及发动机及工程设备。


背景技术：

2.凸轮轴是活塞发动机中的一个重要的部件，主要用于控制气门的开启和闭合。其中，凸轮轴一般通过齿轮或者链条耦接至发动机的曲轴上，曲轴转动时将扭矩传递给凸轮轴，凸轮轴转动从而致动进气门和排气门。
3.气门结构一般包括挺柱、气门弹簧和气门杆，气门开启时，凸轮轴上的凸轮会对气门的挺柱施加压力，气门弹簧被压缩，此时需求的扭矩为正扭矩。气门关闭时，气门弹簧回弹，对凸轮施加反向的作用力，此时需求的扭矩为负扭矩。随着气门开启关闭过程的不断进行，凸轮轴的需求扭矩始终在正负扭矩之间波动，在这种扭矩波动下，会导致转速波动、齿轮敲击等问题，给部件带来疲劳损伤。
4.如何减小凸轮轴的扭矩波动，减小部件的疲劳损伤是目前业界亟待解决的重要课题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种凸轮轴扭矩调节器及发动机，用以解决现有技术中凸轮轴控制气门开闭时扭矩波动的问题，减小因扭矩波动带来的部件疲劳损伤。
6.本实用新型提供一种凸轮轴扭矩调节器，与凸轮轴耦合，所述凸轮轴上设置有多个气门凸轮，用于致动发动机上相应位置的气门，所述气门对所述凸轮轴施加第一周期性扭矩；包括：
7.辅助凸轮，设置于所述凸轮轴上并且可随所述凸轮轴同步转动，所述辅助凸轮外周具有多个间隔排布的凸瓣，所述凸瓣的数量等于发动机缸体的数量，相邻两个所述凸瓣之间的夹角与两个相继气门凸轮的相位差相等；
8.抵接部，与所述辅助凸轮的外周抵接，并且可随辅助凸轮的转动而滑动；
9.复位机构，推动所述抵接部与所述辅助凸轮外周面抵接，并对所述辅助凸轮施加第二周期性扭矩，所述第二周期性扭矩与第一周期性扭矩相位的差值为90
°‑
180
°
。
10.根据本实用新型提供的一种凸轮轴扭矩调节器，所述第一周期性扭矩与第二周期性扭矩相位的差值为180
°
。
11.根据本实用新型提供的一种凸轮轴扭矩调节器，所述抵接部为滚子，所述滚子的圆周面与所述辅助凸轮的周面抵接。
12.根据本实用新型提供的一种凸轮轴扭矩调节器，所述抵接部与所述复位机构转动配合。
13.根据本实用新型提供的一种凸轮轴扭矩调节器，相邻两个所述凸瓣之间通过曲槽过渡。
14.根据本实用新型提供的一种凸轮轴扭矩调节器，所述复位机构包括：复位弹簧，用于驱动所述抵接部复位；引导杆，穿设于所述复位弹簧内且随抵接部的滑移而滑移，用于限制所述复位弹簧弯曲。
15.根据本实用新型提供的一种凸轮轴扭矩调节器，所述复位机构还包括固定连接于所述引导杆端部的支臂，所述抵接部转动支撑于所述支臂上。
16.根据本实用新型提供的一种凸轮轴扭矩调节器，所述复位机构还包括支撑座，所述支撑座与所述引导杆远离支臂的一端连接。
17.根据本实用新型提供的一种凸轮轴扭矩调节器，所述复位弹簧两端分别与所述支臂以及所述支撑座弹性抵接。
18.本实用新型还提供一种发动机，包括凸轮轴以及上述任意一项所述的凸轮轴扭矩调节器，所述辅助凸轮设置于所述凸轮轴上且可与所述凸轮轴同步转动。
19.本实用新型还提供一种工程设备，包括上述的发动机。
20.本实用新型提供的凸轮轴扭矩调节器，与凸轮轴耦合，凸轮轴上设置有多个气门凸轮，用于致动发动机上相应位置的气门，气门对凸轮轴施加第一周期性扭矩；凸轮轴扭矩调节器包括：辅助凸轮，设置于凸轮轴上并且可随凸轮轴同步转动，辅助凸轮外周具有多个间隔排布的凸瓣，凸瓣的数量等于发动机缸体的数量，相邻两个凸瓣之间的夹角与两个相继气门凸轮的相位差相等；抵接部，与辅助凸轮的外周抵接，并且可随辅助凸轮的转动而滑动；复位机构，推动抵接部与辅助凸轮外周面抵接，并对辅助凸轮施加第二周期性扭矩，第二周期性扭矩与第一周期性扭矩相位的差值为90
°‑
180
°
。如此设置，当气门凸轮致动气门时，气门会对凸轮轴施加第一周期性扭矩，与此同时，复位机构推动抵接部，对辅助凸轮施加相位相反的第二周期性扭矩，第二周期性扭矩与第一周期性扭矩相互消减，从而降低凸轮轴的扭矩波动，进而降低因扭矩波动带来的部件损伤。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是现有技术中凸轮轴所受第一周期性扭矩的示意图；
23.图2是本实用新型提供的凸轮轴扭矩调节器的结构示意图；
24.图3是本实用新型提供的辅助凸轮所受第二周期性扭矩的示意图；
25.图4是本实用新型提供的凸轮轴加凸轮轴扭矩调节器的综合扭矩波动的示意图。
26.1、辅助凸轮；10、凸瓣；11、曲槽；2、抵接部；3、复位机构；30、支臂；31、引导杆；32、复位弹簧；33、支撑座。
具体实施方式
27.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.为了方便理解本实用新型提供的凸轮轴扭矩调节器，首先说明一下其应用场景，本实用新型提供的凸轮轴扭矩调节器主要用于调节凸轮轴的扭矩，气门凸轮在控制气门开闭的同时，气门会对气门凸轮施加反向的扭矩，导致凸轮轴所需扭矩始终在正负扭矩之间波动，在这种扭矩波动下，容易给部件带来疲劳损伤，因此，本实用新型提供了一种扭矩调节器，可以消减凸轮轴因气门反作用所带来的扭矩波动。
29.下面结合图1至图4描述本实用新型的凸轮轴扭矩调节器。
30.如图1所述，图1示出了凸轮轴所受的第一周期性扭矩；凸轮轴上设置有多个气门凸轮，具体的，气门凸轮的数量可根据发动的型号进行适应性改变，例如，当发动机为三缸发动机、四缸发动机、六缸发动机时，凸轮的数量也可以进行相应的改变，本实施例中，以六缸发动机为例进行说明。
31.气门凸轮之间存在相位差，从而使每组气门凸轮可以单独致动对应位置的气门，气门凸轮在致动气门的过程中，当气门开启时，凸轮轴上的气门凸轮会对气门的挺柱施加压力，气门弹簧被压缩，此时需求的扭矩为正扭矩，气门关闭时，气门弹簧回弹，对气门凸轮施加反向的作用力，此时需求的扭矩为负扭矩，每一次致动，气门会对气门凸轮施加第一周期性扭矩，六缸发动机单根凸轮轴每转动一周，相应会出现六个波峰与波谷。
32.参照图2和图3，图2示出了凸轮轴扭矩调节器的结构；凸轮轴扭矩调节器包括辅助凸轮1、抵接部2和复位机构3；其中，辅助凸轮1同轴设置于凸轮轴上并且可以与凸轮轴同步转动，具体的，辅助凸轮1与凸轮轴可以固定连接，也可以采用键连接。辅助凸轮1的外周面上具有多个间隔排布的凸瓣10，凸瓣10的数量可以根据发动机缸体的数量进行适应性改变，本实施例中，采用六缸发动机，凸瓣10的数量为六个，相邻两个凸瓣10之间的夹角与两个相继气门凸轮的相位差相等。所述的相继气门凸轮，即为致动两个连续气门的两个气门凸轮。相邻的两个凸瓣10之间通过曲槽11过渡。
33.抵接部2与辅助凸轮1的外周面抵接，并且随着辅助凸轮1的转动，抵接部2可以相应发生滑移，使抵接部2与辅助凸轮1的凸瓣10和曲槽11交替抵接。复位机构3与抵接部2连接，对抵接部2施加作用力，使抵接部2与辅助凸轮1周面始终处于抵紧状态，并且，复位机构3的作用力与抵接部2朝向复位机构3的滑移距离正相关，即当凸瓣10与抵接部2相抵接时，抵接部2朝向复位机构3滑移的距离增大，复位机构3对抵接部2施加的作用力增大，反之，复位机构3对抵接部2施加的作用力减小，使抵接部2对辅助凸轮1施加第二周期性扭矩。图3示出了辅助凸轮1所受的第二周期性扭矩。
34.参照图1和图3，第一周期性扭矩和第二周期性扭矩的相位差值为90
°‑
180
°
，从而使第一周期性扭矩与第二周期性扭矩可以相互消减，本实施例中，第一周期性扭矩和第二周期性扭矩的相位差值为180
°
，此时，两个扭矩的相位相反，从而最大程度上对扭矩进行消减，减小扭矩的波动。其中，图4示出了凸轮轴加凸轮轴扭矩调节器的综合扭矩波动。
35.参照图2，抵接部2采用滚子并且与复位机构3转动连接，滚子的圆周面与辅助凸轮1的外周面抵接，从而将抵接部2与辅助凸轮1之间的滑动摩擦力转化为滚动摩擦力，最大程度上减小抵接部2与辅助凸轮1之间的摩擦力以及机械碰撞，提高部件的耐用性以及配合的流畅度。同时，滚轮与曲槽11相配合，可以进一步提高抵接部2与辅助凸轮1配合的流畅度。
另一个实施例中，抵接部2也可以替换为滚珠，以降低摩擦阻力和机械碰撞。
36.复位机构3可以包括支臂30、引导杆31、复位弹簧32和支撑座33；其中，按压部转动支撑于支臂30上；引导杆31一端与支臂30固定连接，另一端与支撑座33固定连接，例如，可以采用焊接的方式进行固定，还可以采用螺纹连接的方式可拆卸固定。实际应用时，可以将支撑座33固定连接到缸盖或者缸盖罩上。引导杆31可随抵接部2的滑移沿轴向进行滑移，一个实施例中，引导杆31可以采用套管制成的伸缩杆，以达到轴向滑移的目的。另一个实施例中，还可以将引导杆31与支撑座33设置为滑移连接，例如，可以在支撑座33内预留出可供引导杆31滑移的空间，还可以将引导杆31滑移穿设于支撑座33上。复位弹簧32套设于引导杆31上，引导杆31可以对支臂30的滑移进行限制和引导，使支臂30沿引导杆31的轴线方向滑移，以阻止复位弹簧32弯曲，并提高复位弹簧32伸缩的流畅度。
37.复位弹簧32的两端可以分别与支臂30以及支撑座33抵接，也可以固定连接，只需要复位弹簧32始终处于压缩状态即可。支撑座33朝向支臂30的一面上凸出设置有凸台，具体的，凸台可以固定连接于支撑座33上，还可以与支撑座33一体铸造成型，凸台的直径与复位弹簧32的直径适配，复位弹簧32套设凸台上，从而对限位弹簧的位置进行限制，提高复位弹簧32的稳定性。
38.另一个实施例中，还可以将复位弹簧32替换为两块互斥的磁铁，将两块磁铁设置于支臂30以及支撑座33之间，辅助凸轮1挤压抵接部2时，随着抵接部2行程的变化，磁铁之间的斥力也会相应发生改变，从而使抵接部2始终与辅助凸轮1外周面抵紧，为辅助凸轮1提供第二周期性扭矩。
39.另一个实施例中，还可以将复位机构3替换为现有技术中的气压棒，气压棒大致包括一个密闭的缸体，以及插接与缸体中且一端露出缸体的活塞杆，活塞杆与缸体滑移密封连接，在缸体内具有一定的气压，通过将抵接部2安装到气压棒的活塞杆上，随着抵接部2形成的变化，气压也会相应发生改变，从而为抵接部2提供第二周期性扭矩。
40.下面对本实用新型提供的发动机进行描述，下文描述的发动机与上文描述的凸轮轴扭矩调节器可相互对应参照。
41.本实用新型实施例还提供了一种发电机，包括凸轮轴以及上述任意一项所述的凸轮轴扭矩调节器，所述辅助凸轮设置于所述凸轮轴上且可与所述凸轮轴同步转动。
42.凸轮轴与凸轮轴扭矩调节器并非一一对应的关系，单根凸轮轴上可以耦接一个或多个凸轮轴扭矩调节器，以适应实际的需求。
43.本实用新型实施例还提供了一种工程设备，包括上述的发动机。本实用新型所述的工程设备，可以包括重卡、挂车、挖掘机、掘锚机、推土机、压路机和混凝土泵车等作业车辆，或塔吊、施工升降机和物料提升机等机械作业设备。
44.本实用新型的创新点在于：当凸轮轴转动，气门凸轮对气门进行致动时，气门会对气门凸轮施加反向的扭矩，使凸轮轴受到第一周期性扭矩的影响。与此同时辅助凸轮1随凸轮轴同步转动，抵接部2交替与辅助凸轮1的凸瓣10和曲槽11相抵，随着抵接部2行程的不同，复位机构3对抵接部2的施力大小也会相应发生改变，从而使抵接部2对辅助凸轮1施加第二周期性扭矩。
45.当气门凸轮按压挺柱使气门开启的过程中，此时第一周期性扭矩逐渐升高至波峰，相应的，抵接部2从辅助凸轮1的凸瓣10处逐渐移动至曲槽11处，复位机构3对辅助凸轮1
施力，第二周期性扭矩逐渐降低至波谷。反之，当气门关闭时，气门弹簧对气门凸轮施力，第一周期性扭矩逐渐降低至波谷，抵接部2由曲槽11逐渐移动至凸瓣10处，复位弹簧32压缩量增大，第二周期性扭矩逐渐升高至波峰，第二周期性扭矩和第一周期性扭矩相位相反，因而可以相互消减，减小凸轮轴扭矩的波动，进而降低因扭矩波动造成的部件疲劳损伤。
46.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。